Mutationsauslösung durch verschiedene Strahlenarten in Nager- und Humanzellen

Gegenstand dieser Dissertation ist die Untersuchung der Häufigkeit und molekularen Beschaffenheit von durch verschiedenartige Strahlung hervorgerufenen Mutationen in Zellen des chinesischen Hamsters und des Menschen. Mutationen stellen den ersten Schritt in der Entstehung eines Tumors dar, wenn auch bei weitem nicht jede Mutation zu einem Tumor führt; die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung zu einem Tumor dürfte u. a. auch von der Natur der Mutation abhängen. Mutationen in den Keimzellen können zu Fehlbildungen beim Nachwuchs führen. Kennt man die molekulare Beschaffenheit der auftretenden Mutationen nach verschiedenen Arten ionisierender Strahlung, so kann man auf die molekularen Mechanismen der mutagenen Wirkung der jeweiligen Strahlung schließen. Die hier behandelten Untersuchungen wurden mit verschiedenen Arten von Schwerionen-Strahlen (die bei der modernen Strahlentherapie genutzt werden und im Weltraum die Hauptbelastung der Astronauten darstellen), mit niederenergetischen Alpha-Strahlen (die als Produkt des Radons den überwiegenden Teil der natürlichen Strahlenbelastung des Menschen ausmachen), Protonen, Röntgenstrahlen (medizinische Diagnose und Therapie), und mit UV (stratosphärischer Ozon-Rückgang) durchgeführt. Dabei wurde mit in Kultur gehaltenen menschlichen und Hamster-Zellen gearbeitet. Als Modell für die Gesamt-DNA wurde das nicht-essentielle HPRT-Gen, das aus neun Exons (Sequenzen der DNA, die im Zellstoffwechsel ausgeprägt werden) besteht, für die Analysen benutzt. Zum einen wurde die dosisabhängige Häufigkeit bestimmt, mit der HPRT-Mutationen durch die verschiedenen Strahlenarten hervorgerufen werden; zum anderen wurde die molekulare Ausdehnung und Beschaffenheit der Schädigung des HPRT-Gens solcher Mutanten mit der Methode der Multiplex Polymerase Kettenreaktion (PCR) analysiert. Die PCR diente dazu, jede einzelne der neun kodierenden Sequenzen (Exons) des Gens auf Deletion (Auslöschung) und merkliche Größenveränderung hin zu untersuchen. Sie basiert auf dem selben Vorgang, der in jeder sich teilenden Zelle bei der Replikation der DNA stattfindet. Im Labor wird dabei gezielt ein einzelnes, durch seine Anfangs- und Endsequenz bestimmtes DNA Stück verdoppelt. Diese, durch einen Temperaturzyklus gesteuerte Reaktion läßt man 30-40 mal hintereinander ablaufen, so daß das vervielfältigte (amplifizierte) DNA-Stück so oft vorliegt, daß es makroskopisch z. B. durch Elektrophorese nachweisbar ist. Diese Reaktion wurde so durchgeführt, daß gleichzeitig mehrere DNASequenzen, die jeweils ein HPRT-Exon beinhalten, amplifiziert wurden (multiplex PCR). Es zeigt sich, daß dünn-ionisierende Strahlung - wie z. B. Röntgenstrahlen - häufig kleine, nur wenige Basenpaare betreffende Schäden hervorruft; ausgedehnte Schäden sind dagegen relativ selten. Im Vergleich dazu entstehen bei den dicht-ionisierenden Alpha-Strahlen vermehrt ausgedehnte Schäden, die bei den noch dichter ionisierenden Schwerionen-Strahlen ebenfalls relativ häufig aufzutreten scheinen.